JP2023511134A - 周波数変調連続波ＬｉＤＡＲのためのオンチップモニタリングおよびキャリブレーション回路 - Google Patents

周波数変調連続波ＬｉＤＡＲのためのオンチップモニタリングおよびキャリブレーション回路 Download PDF

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Abstract

ソリッドステート（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ）周波数変調連続波（ＦＭＣＷ、Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｍｏｄｕｌａｔｅｄ Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｗａｖｅ）ＬｉＤＡＲ（Ｌｉｇｈｔ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｒａｎｇｉｎｇ）システムのＬｉＤＡＲチップとして、ＬｉＤＡＲチップは、光スイッチネットワーク（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｗｉｔｃｈ Ｎｅｔｗｏｒｋ）、スイッチ可能なコヒーレントピクセルアレイ（ＳＣＰＡ、Ｓｗｉｔｃｈａｂｌｅ Ｃｏｈｅｒｅｎｔ Ｐｉｘｅｌ Ａｒｒａｙ）を含む。光スイッチネットワークは、複数の出力導波管のうち、１つ以上にコヒーレント光（Ｃｏｈｅｒｅｎｔ Ｌｉｇｈｔ）を選択的に提供するように構成される。ＳＣＰＡは、コヒーレントピクセル（ＣＰｓ、Ｃｏｈｅｒｅｎｔ Ｐｉｘｅｌｓ）を含み、各ＣＰｓは、複数の出力導波管のうち、対応する出力導波管によって提供されるコヒーレント光を放出するように構成される。ＬｉＤＡＲチップは、また、光スイッチネットワークのキャリブレーション（Ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ）のためのモニタリングアセンブリ（Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ Ａｓｓｅｍｂｌｙ）および／またはコヒーレント光を生成するために用いられる波形の形状のキャリブレーションのための干渉計（Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ）を含む。

Description

関連出願についての相互参照
本出願は、全体の開示内容が本明細書に参照として含まれる２０２０年１月２３日付に出願された米国仮特許出願第６２／９６５、０９４号および２０２０年１月２８日付に出願された米国仮特許出願第６２／９６６、９８３号についての３５Ｕ．Ｓ．Ｃ§１１９（ｅ）下の優先権を主張する。
本開示の内容は、一般的に、周波数変調連続波（ＦＭＣＷ、Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｍｏｄｕｌａｔｅｄ Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｗａｖｅ）ＬｉＤＡＲ（Ｌｉｇｈｔ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｒａｎｇｉｎｇ）に関するものであって、より具体的には、ソリッドステート（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ）ＦＭＣＷ ＬｉＤＡＲシステムに関する。
基準干渉計（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ）は、レーザーチャープ（Ｌａｓｅｒ Ｃｈｉｒｐ）の非線形性を特性化と補正を支援するために、従来のＦＭＣＷ ＬｉＤＡＲによって用いられる。従来のＬｉＤＡＲまたは光コヒーレンス断層撮影（ＯＣＴ、Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）システムは、バランスフォトダイオード（Ｂａｌａｎｃｅｄ Ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ）を有する基準干渉計に依存してレーザー周波数を間接的に推定し、測定データをキャリブレート（Ｃａｌｉｂｒａｔｅ）する。基準干渉計およびバランスフォトダイオードからの位相抽出の精度を保証するために、基準干渉計は、一般的に長い遅延ライン（Ｄｅｌａｙ Ｌｉｎｅ）を有するか、または短い遅延ラインと慎重なバイアス（Ｂｉａｓ）制御を必要とする（すなわち、チップから外れることができる）。さらに、小さな導波管で発生する高い損失により、長い遅延ラインは、一般的に集積フォトニクス（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ）にとって困難な問題である。また、ＦＭＣＷレーザーの性能は、温度または他の環境条件を用いたいくつかの測定過程、またはＦＭＣＷセンサの寿命期間で様々な時間尺度でドリフト（Ｄｒｉｆｔ）することができる。
従来のＬｉＤＡＲシステムは、レーザービームをステアリングするために機械的可動部品およびバルク光学レンズ要素（すなわち、屈折レンズシステム）を使用する。そして、多数の応用（例えば、自動車）の場合、かさばりすぎ、高価で信頼性が低くなる。
ソリッドステートＦＭＣＷ ＬｉＤＡＲシステムのＬｉＤＡＲチップ（ＬｉＤＡＲ Ｃｈｉｐ）は、光スイッチネットワーク（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｗｉｔｃｈ Ｎｅｔｗｏｒｋ）、スイッチ可能なコヒーレントピクセルアレイ（ＳＣＰＡ、Ｓｗｉｔｃｈａｂｌｅ Ｃｏｈｅｒｅｎｔ Ｐｉｘｅｌ Ａｒｒａｙ）、およびモニタリングアセンブリ（Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ Ａｓｓｅｍｂｌｙ）を含む。光スイッチネットワークは、ＬｉＤＡＲチップ上にある。光スイッチネットワークは、複数の出力導波管のうち、１つ以上にコヒーレント光（Ｃｏｈｅｒｅｎｔ Ｌｉｇｈｔ）を選択的に提供するように構成される。ＳＣＰＡは、ＬｉＤＡＲチップ上にある。ＳＣＰＡは、それぞれのコヒーレントピクセル（ＣＰｓ、Ｃｏｈｅｒｅｎｔ Ｐｉｘｅｌｓ）を含み、各ＣＰｓは、複数の出力導波管のうち、対応する出力導波管によって提供されるコヒーレント光を放出するように構成される。モニタリングアセンブリは、ＬｉＤＡＲチップ上にある。モニタリングアセンブリは、複数の光検出器（Ｐｈｏｔｏｄｅｔｅｃｔｏｒ）を含み、複数の光検出器のそれぞれは、複数の出力導波管のうち、対応する出力導波管から検出された光のレベルに応答して出力信号を生成するように構成される。光スイッチネットワークは、モニタリングアセンブリからの出力信号に基づいて光スイッチネットワークについてのスイッチドライバの駆動強度（Ｄｒｉｖｅ Ｓｔｒｅｎｇｔｈ）を調整することによって、（例えば、コントローラによって）キャリブレートされる。
一部の実施形態において、ＬｉＤＡＲチップは、スプリッタ（Ｓｐｌｉｔｔｅｒ）、干渉計（Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ）、光スイッチネットワーク、およびＳＣＰＡを含む。スプリッタは、ＬｉＤＡＲチップ上にある。スプリッタは、コヒーレント光を第１部分と第２部分に分離するように構成される。コヒーレント光は、波形に基づいてチャープ（Ｃｈｉｒｐ）される。干渉計は、ＬｉＤＡＲチップ上にある。干渉計は、コヒーレント光の第１部分を用いてＩ（Ｉｎ－ｐｈａｓｅ）信号およびＱ（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ）信号を生成するように構成される。光スイッチネットワークは、ＬｉＤＡＲチップ上にある。光スイッチネットワークは、複数の出力導波管のうち、１つ以上にコヒーレント光の第２部分を選択的に提供するように構成される。ＳＣＰＡは、ＬｉＤＡＲチップ上にある。ＳＣＰＡは、ＣＰｓを含み、各ＣＰｓは、複数の出力導波管のうち、対応する出力導波管によって提供されるコヒーレント光を放出するように構成される。コントローラは、ＩおよびＱ信号に部分的に基づいてコヒーレント光の周波数偏差を識別し、識別された偏差を補償するためのものに部分的に基づいて波形の形状を制御するように構成される。一部の実施形態において、ＬｉＤＡＲチップは、また、以前の段落で説明したように、モニタリングアセンブリを含み得る。
一部の実施形態において、ＬｉＤＡＲチップは、ソリッドステートＦＭＣＷ ＬｉＤＡＲシステムの焦点平面アレイ（ＦＰＡ、Ｆｏｃａｌ Ｐｌａｎｅ Ａｒｒａｙ）システムの一部である。ＦＰＡシステムは、スプリッタ、干渉計、光スイッチネットワーク、ＳＣＰＡ、モニタリングアセンブリ、およびレンズシステムを含む。スプリッタは、ＬｉＤＡＲチップ上にある。スプリッタは、コヒーレント光を第１部分および第２部分に分離するように構成され、コヒーレント光は、波形に応じてチャープされる。干渉計は、ＬｉＤＡＲチップ上にある。干渉計は、コヒーレント光の第１部分を用いてＩ信号およびＱ信号を生成するように構成される。光スイッチネットワークは、ＬｉＤＡＲチップ上にある。光スイッチネットワークは、複数の出力導波管のうち、１つ以上にコヒーレント光の第２部分を選択的に提供するように構成される。ＳＣＰＡは、ＬｉＤＡＲチップ上にある。ＳＣＰＡは、ＣＰｓを含み、各ＣＰｓは、複数の出力導波管のうち、対応する出力導波管によって提供されるコヒーレント光を放出するように構成される。モニタリングアセンブリは、ＬｉＤＡＲチップ上にある。モニタリングアセンブリは、複数の光検出器を含み、複数の光検出器は、それぞれ複数の出力導波管のうち、対応する出力導波管から検出された光のレベルに応答して出力信号を生成するように構成される。レンズシステムは、ＳＣＰＡから放出されるコヒーレント光を１つ以上の光ビーム（Ｌｉｇｈｔ Ｂｅａｍ）として環境（Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ）内に指向させるように配置され、１つ以上の光ビームのそれぞれは、特定の角度で放出され、特定の角度は、１つ以上の光ビームを形成するコヒーレント光を生成したＬｉＤＡＲチップ上のＣＰｓの位置に部分的に基づく。コントローラは、ＩおよびＱ信号に部分的に基づいて前記コヒーレント光の周波数偏差を識別し、識別された偏差を補償するためのものに部分的に基づいて波形の形状を制御する。コントローラは、また、モニタリングアセンブリの出力信号に基づいて光スイッチネットワークをキャリブレートするように構成される。
本開示の実施形態の他の利点および特徴は、添付の図面の例に関連する以下の詳細な説明および添付の特許請求の範囲からより確実に明らかになるであろう。
１つ以上の実施形態によるＬｉＤＡＲチップ上のスイッチ可能なコヒーレントピクセルアレイチップを用いたソリッドステートスキャニングを示す。
１つ以上の実施形態によるオンチップモニタリングアセンブリ（Ｏｎ－ｃｈｉｐ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ Ａｓｓｅｍｂｌｙ）の基本構造および信号フローを示す。
１つ以上の実施形態による減少した数の入出力（Ｉ／Ｏ）を有するマルチチャンネルスイッチ可能なコヒーレントピクセルアレイにおけるモニタリング光検出器の線形アレイについてのクロスバー（Ｃｒｏｓｓｂａｒ）読み取り方式の図である。
１つ以上の実施形態による減少した数のＩ／Ｏを有する単一チャンネルスイッチ可能なコヒーレントピクセルアレイのモニタリング光検出器ついての階層的読み取り方式の図である。
１つ以上の実施形態による減少した数のＩ／Ｏを有するマルチチャンネルスイッチ可能なコヒーレントピクセルアレイのモニタリング光検出器ついての階層的読み取り方式の図である。
１つ以上の実施形態によるダイレクトレーザードライバ（Ｄｉｒｅｃｔ Ｌａｓｅｒ Ｄｒｉｖｅ）についての後処理フィードバックを有するハイブリッド結合干渉計（Ｈｙｂｒｉｄ－ｃｏｕｐｌｅｄ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ）の図である。
１つ以上の実施形態による変調器ドライバについての後処理フィードバックを有するハイブリッド結合干渉計の図である。
１つ以上の実施形態によるレーザー波形生成およびＦＭＣＷキャリブレーションのためのプロセスを示す。
１つ以上の実施形態によるＦＰＡシステムを含むソリッドステートＬｉＤＡＲシステムを示す。
ソリッドステートＦＭＣＷ ＬｉＤＡＲシステムは、システムの視野（Ｆｉｅｌｄ ｏｆ Ｖｉｅｗ）についての深さ情報（例えば、１つ以上のオブジェクトに対する距離、速度、加速度）を決定する。ソリッドステートＦＭＣＷ ＬｉＤＡＲは、周波数変調されたコリメート（Ｃｏｌｌｉｍａｔｅｄ）された光ビーム（Ｌｉｇｈｔ Ｂｅａｍ）をローカル（Ｌｏｃａｌ）領域に指向させ、オブジェクトの距離と速度を直接測定する。ローカル領域内のオブジェクトから反射された光である信号は、局部発振器（ＬＯ、Ｌｏｃａｌ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）と呼ばれるビームのタップした（Ｔａｐｐｅｄ）バージョンと混合（Ｍｉｘ）される。追加測定を必要とするドップラーシフト（Ｄｏｐｐｌｅｒ Ｓｈｉｆｔ）について補正されると、結果の無線周波数（ＲＦ、Ｒａｄｉｏｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）ビート（Ｂｅａｔ）信号の周波数は、ＬｉＤＡＲシステムからのオブジェクトの距離に比例する。同時に行われることも、同時に行われないこともある２つの測定は、ターゲットの距離および速度の情報を提供する。
ソリッドステートＦＭＣＷ ＬｉＤＡＲシステムは、高性能ソリッドステートビームステアリング（Ｂｅａｍ Ｓｔｅｅｒｉｎｇ）およびレーザーチャーピング（Ｌａｓｅｒ Ｃｈｉｒｐｉｎｇ）を達成するためにオンチップ（Ｏｎ－ｃｈｉｐ）モニタリングおよびキャリブレーション回路を用いる。ソリッドステートＦＭＣＷ ＬｉＤＡＲシステムは、焦点平面アレイ（ＦＰＡ）システムを含む。ＦＰＡは、１つ以上のスイッチ可能なコヒーレントピクセルアレイ（ＳＣＰＡ）を含む。１つ以上のＳＣＰＡは、ＦＰＡシステムが単一次元および／または２つの次元についてソリッドステートビームステアリングを実行できるように、レンズシステムの焦点平面に配置され得る。入射するビームの方向は、集束スポットの個別位置にマッピングされ、その逆も同様である。ＳＣＰＡの課題の１つは、いつでも低い挿入損失（Ｉｎｓｅｒｔｉｏｎ Ｌｏｓｓ）、高い消光比（Ｅｘｔｉｎｃｔｉｏｎ Ｒａｔｉｏ）、および低いクロストーク（Ｃｒｏｓｓｔａｌｋ）を達成できるようにスイッチネットワークについての最適なキャリブレーション設定を維持することである。ソリッドステートＦＭＣＷ ＬｉＤＡＲシステムは、オンチップフィードバックメカニズムを用いて高性能ソリッドステートビームステアリングの現場（Ｉｎ Ｓｉｔｕ）キャリブレーションまたはリアルタイム閉ループ（Ｃｌｏｓｅｄ－Ｌｏｏｐ）制御を可能にする。
オンチップフィードバックメカニズムは、ローカル経路およびターゲット経路の光信号の間の干渉を測定して距離を感知するソリッドステートＦＭＣＷ ＬｉＤＡＲによって高品質のレーザーチャープを維持することを容易にする。レーザーの周波数をスイープ（Ｓｗｅｅｐ）することによって、干渉信号は、ターゲット距離に比例する周波数を有する振動（Ｏｓｃｉｌｌａｔｉｏｎ）となる。ＦＭＣＷレーザーは、三角形の方式でより低い周波数からより高い周波数へ、そして、より高い周波数からより低い周波数へ線形周波数スイープを有するように変調される。多くの場合、このような方法で調整（Ｔｕｎｅｄ）されたレーザーは、特定の駆動信号で調整する必要があり、そうでなければ、周波数スイープが線形から著しくずれる可能性がある。線形性偏差は、ＦＭＣＷ ＬｉＤＡＲを用いて導出された距離および速度測定において重大な不正確さを引き起こす。
一部の実施形態において、ソリッドステートＦＭＣＷ ＬｉＤＡＲシステムは、１つ以上の統合された（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ）ＳＣＰＡによって実現されるソリッドステートビームステアリングのためにオンチップモニタリングおよびキャリブレーション回路を用いる。ソリッドステートＦＭＣＷ ＬｉＤＡＲシステムは、オンチップ光パワー（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｐｏｗｅｒ）モニタリング回路を用いて光スイッチネットワークの現場キャリブレーションまたはリアルタイム閉ループ制御を可能にする。例えば、ＬｉＤＡＲチップは、光スイッチネットワーク、ＳＣＰＡ、およびモニタリングアセンブリ（Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ Ａｓｓｅｍｂｌｙ）を含む（すなわち、オンチップ）。光スイッチネットワークは、複数の出力導波管のうち、１つ以上にコヒーレント光を選択的に提供するように構成される。ＳＣＰＡは、コヒーレントピクセル（ＣＰｓ）を含み、各ＣＰｓは、複数の出力導波管のうち、対応する出力導波管によって提供されたコヒーレント光を放出するように構成される。モニタリングアセンブリは、複数の光検出器（ＰＤ、Ｐｈｏｔｏｄｅｔｅｃｔｏｒ）を含み、複数の光検出器のそれぞれは、複数の出力導波管のうち、対応する出力導波管から検出された光のレベルに応答して出力信号を生成するように構成される。光スイッチネットワークは、モニタリングアセンブリの出力信号に基づいて光スイッチネットワークについてのスイッチドライバの駆動強度を調整することによって（例えば、コントローラによって）、キャリブレートされる。
１つ以上のＳＣＰＡは、迅速なソリッドステートビームステアリングと同軸（Ｃｏ－ａｘｉａｌ）ＦＭＣＷ ＬｉＤＡＲ動作のためにレンズシステムの焦点平面（Ｆｏｃａｌ Ｐｌａｎｅ）に配置される。光カプラー（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｕｐｌｅｒ）およびモニタリングＰＤを有するオンチップ光モニタリング回路は、光スイッチネットワークの出力ポートで光パワーをモニタリングする。この設計により、ＣＰｓに影響を与えたり、ＬｉＤＡＲの正常動作を妨げることなく、現場キャリブレーションおよびリアルタイム閉ループ制御を行い得る。大規模またはマルチチャンネルＳＣＰＡについて、クロスバー（Ｃｒｏｓｓｂａｒ）タイプまたは階層的（例えば、二分木（Ｂｉｎａｒｙ Ｔｒｅｅ））連結方式を用いてモニタリング回路についての入出力（Ｉ／Ｏ）および受信機の数が大幅に減少した任意のモニタリングＰＤから信号を読み取ることができる。
一部の実施形態において、ソリッドステートＦＭＣＷ ＬｉＤＡＲシステムは、高品質のレーザーチャープ信号を生成するためにオンチップモニタリングおよびキャリブレーション回路を用いる。例えば、ＬｉＤＡＲチャープは、スプリッタ、干渉計、光スイッチネットワーク、およびＳＣＰＡを含み得る（すなわち、オンチップ）。スプリッタは、コヒーレント光を第１部分および第２部分に分離するように構成される。コヒーレント光は、波形に応じてチャープされる。干渉計は、コヒーレント光の第１部分を用いてＩ（Ｉｎ－ｐｈａｓｅ）信号およびＱ（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ）信号を生成するように構成される。光スイッチネットワークは、複数の出力導波管のうち、１つ以上にコヒーレント光の第２部分を選択的に提供するように構成される。ＳＣＰＡは、ＣＰｓを含み、各ＣＰｓは、複数の出力導波管のうち、対応する出力導波管によって提供されたコヒーレント光を放出するように構成される。コントローラは、ＩおよびＱ信号に部分的に基づいてコヒーレント光の周波数偏差を識別し、識別された偏差を補償するために波形の形状を制御するように構成される。一部の実施形態において、ＬｉＤＡＲチャープは、以前の段落で説明したように、モニタリングアセンブリを含み得る。
ソリッドステートＦＭＣＷ ＬｉＤＡＲシステムは、レーザードライバのキャリブレーションのために光ハイブリッド（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｈｙｂｒｉｄ）を有する周波数判別干渉計（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｓｃｒｉｍｉｎａｔｉｏｎ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ）およびスイープしたソースレーザー（Ｓｗｅｐｔ－Ｓｏｕｒｃｅ Ｌａｓｅｒ）を用いる。一部の実施形態において、プログラマブルレーザードライバ（電流または電圧源）は、正と負の周波数スイープを交互に生成するためにチューニング（Ｔｕｎｉｎｇ）レーザーソースを直接駆動する。他の実施形態において、プログラマブル変調器ドライバは、シードレーザービーム（Ｓｅｅｄ Ｌａｓｅｒ Ｂｅａｍ）で正と負の周波数スイープを誘導するために変調器を直接駆動する。これは、光を２つの経路（１つの「ローカル」経路および１つの「基準」経路）に送るスプリッタ、「９０度光ハイブリッド」として知られている光結合器（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｍｂｉｎｅｒ）、複数の光検出器を有する光受信機（Ｐｈｏｔｏｒｅｃｅｉｖｅｒ）および信号処理のためのコントローラを含む干渉計につながる。コントローラは、光ハイブリッドの出力を用いて瞬時（Ｉｎｓｔａｎｔａｎｅｏｕｓ）信号位相およびレーザー周波数を計算する。結果的な瞬時レーザー周波数は、線形からのレーザー周波数偏差を補償するために駆動信号発生器にフィードバックされる。また、干渉計および光ハイブリッドは、予歪みプロセス（Ｐｒｅｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ Ｐｒｏｃｅｓｓ）の残留エラー（Ｒｅｓｉｄｕａｌ Ｅｒｒｏｒ）またはレーザー／環境ドリフトによる非線形性（Ｎｏｎ－ｌｉｎｅａｒｉｔｙ）をキャリブレートするために用いられ得る。したがって、ソリッドステートＦＭＣＷ ＬｉＤＡＲシステムは、レーザードライバ信号の現場生成と残留非線形性およびレーザー性能ドリフトの現場キャリブレーションを実行する。
一部の実施形態において、光スイッチネットワークのキャリブレーションのためのモニタリングアセンブリおよびレーザードライバキャリブレーションのための光ハイブリッドを有する干渉計は、すべて同じＬｉＤＡＲチップ上に実装されることができることに留意されたい。このように、ＬｉＤＡＲチップは、光スイッチネットワークをキャリブレートできるだけでなく、レーザードライバもキャリブレートできる。
前述のように、レーザーチャープの非線形性についての特性化および補正を助けるために干渉計を用いる従来のＬｉＤＡＲシステムは、長い遅延ラインまたは短い遅延ラインと慎重なバイアス制御を有する。長い遅延ラインは、小さな導波管で発生する高い損失のために集積フォトニクス（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ）に問題があり、オフチップである可能性がある。同様に、慎重なバイアス制御は、一般的に制御回路の複雑さの増加に関連している。一方、ソリッドステートＦＭＣＷ ＬｉＤＡＲシステムは、複雑なバイアス制御なしにオンチップの短い遅延ラインを用いてレーザー周波数測定を実行する。また、ソリッドステートＦＭＣＷ ＬｉＤＡＲシステムは、時間または環境条件によるレーザー特性の変化を考慮するためにレーザー周波数を測定し、レーザーの駆動波形を動的に調整するように構成される。
ＬｉＤＡＲチップは、ソリッドステートＬｉＤＡＲシステムから放出される光を少なくとも第１角度次元（Ａｎｇｕｌａｒ Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ）（例えば、高度）でステアリングできることに留意されたい。そして、ソリッドステートＦＭＣＷ ＬｉＤＡＲシステムは、異なる角度次元（例えば、方位角）で光をステアリングするために、例えば、スキャンミラー（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｍｉｒｒｏｒ）（例えば、可動ミラー（Ｍｏｖｉｎｇ Ｍｉｒｒｏｒ）、ポリゴンミラー（Ｐｏｌｙｇｏｎ Ｍｉｒｒｏｒ）など）を含み得る。そして、一部の実施形態において、ＬｉＤＡＲチップが光ビームを２次元（例えば、方位角および高度）にステアリングできるように、１つ以上のＳＣＰＡ内に光アンテナが２次元に配置される。可動部品なしでビームをステアリングすることができれば、多くの従来の機械的駆動ＬｉＤＡＲシステムで見られるフォームファクタ（Ｆｏｒｍ Ｆａｃｔｏｒ）、コスト、および信頼性の問題を軽減できる。
図１は、１つ以上の実施形態によるＬｉＤＡＲチップ１０６上のスイッチ可能なコヒーレントピクセルアレイチップを用いたソリッドステートスキャニングを示す。ＬｉＤＡＲチップ１０６は、ローカル領域をスキャンするように構成されたＦＰＡシステムの一部である。ＬｉＤＡＲチップ１０６は、フォトニック集積回路（Ｐｈｏｔｏｎｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）（例えば、シリコンフォトニクス（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ））に基づく。ＬｉＤＡＲチップ１０６は、１つ以上のＦＭＣＷ ＬｉＤＡＲトランシーバ（Ｔｒａｎｓｃｅｉｖｅｒ）チャンネル１０１を含む。ＦＭＣＷ ＬｉＤＡＲトランシーバチャンネル１０１は、ＦＭＣＷ光源１０２、光スイッチネットワーク１０３、モニタリングアセンブリ１１０、およびＳＣＰＡ１１５を含む。図示のように、ＦＭＣＷ光源１０２は、ＬｉＤＡＲチップ１０６上に直接統合される。他の実施形態において、ＦＭＣＷ光源１０２は、ＬｉＤＡＲチップ１０６の一部ではなく、代わりにＦＭＣＷ光源１０２からの光が外部ソースからＬｉＤＡＲチップ１０６に結合される。ＦＭＣＷ光源１０２は、ＬｉＤＡＲチップ１０６または異なるＬｉＤＡＲチップ上にある異なるＦＭＣＷ ＬｉＤＡＲトランシーバチャンネルの間の分離光（Ｓｐｌｉｔ Ｌｉｇｈｔ）であり得る。光はまた、光ファイバ増幅器（Ｆｉｂｅｒ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）または半導体増幅器チップによって増幅できる。光スイッチネットワーク１０３は、出力ポートの間で誘導光（Ｇｕｉｄｅｄ Ｌｉｇｈｔ）をスイッチングし、選択されたポートに関連するコヒーレントピクセルを活性化する。光スイッチネットワーク１０３は、ＳＣＰＡ１１５の様々なコヒーレントピクセルに結合する複数の出力導波管のうち、１つ以上にコヒーレント光を選択的に提供するように構成される。モニタリングアセンブリ１１０は、光スイッチネットワーク１０３の後にチップ上の任意の場所に、または光スイッチネットワーク１０３の一体化した部分として配置され得る。一例として、図示のように、モニタリングアセンブリ１１０は、光スイッチネットワーク１０３とＳＣＰＡ１０４との間に配置され得る。モニタリングアセンブリ１１０は、複数の光検出器を含む。複数の光検出器のそれぞれは、複数の出力導波管のうち、対応する出力導波管から検出された光のレベルに応答して出力信号を生成するように構成される。光スイッチネットワーク１３０は、モニタリングアセンブリ１１０の出力信号に基づいて光スイッチネットワーク１０３についてのスイッチドライバの駆動強度を調整することによってキャリブレートされる。モニタリングアセンブリ１１０の実施形態は、図２、図３、図４ａおよび図４ｂに関連して以下に説明される。
ＳＣＰＡ１１５は、コヒーレントピクセルを含み、コヒーレントピクセルのそれぞれは、複数の出力導波管のうち、対応する出力導波管によって提供されるコヒーレント光を放出するように構成される。各コヒーレントピクセルは、光信号を放出および受信するための光アンテナ１０５および導波管、カプラー、ハイブリッド、格子（Ｇｒａｔｉｎｇ）および光検出器などのＲＦ信号を生成するための他の受動および能動光学コンポーネントを含む。ＳＣＰＡ１１５は、レンズシステム１０７の焦点平面に配置される。レンズシステム１０７は、各コヒーレントピクセルの物理的位置を特定の方向にマッピングする１つ以上の光学素子（例えば、正の（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ）レンズ、フリーフォーム（Ｆｒｅｅｆｏｒｍ）レンズ、フレネル（Ｆｒｅｓｎｅｌ）レンズなど）を含む。一部の実施形態において、レンズシステム１０７は、複数の光アンテナ１０５を介して放出される送信信号をコリメートするように配置される。レンズシステム１０７は、複数のアンテナのうち、光アンテナから放出される送信信号をＦＰＡシステムの視野の対応する部分に投影（Ｐｒｏｊｅｃｔ）し、送信信号の反射を光アンテナに提供するように構成される。各光アンテナは、異なる角度で光を送受信する。したがって、異なるアンテナへのスイッチングによって離散光ビームスキャニング（Ｄｉｓｃｒｅｔｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｂｅａｍ Ｓｃａｎｎｉｎｇ）が達成される。ＦＰＡシステムは、ＦＰＡシステムの視野内のターゲットにわたってレーザービーム１０８をスキャンし、ＦＰＡシステム内のコヒーレントピクセルは、後にＬｉＤＡＲポイントクラウド（Ｐｏｉｎｔ Ｃｌｏｕｄ）を生成するためにデジタル方式で処理される電気信号を生成する。レンズシステム１０７は、１つ以上の角度次元に沿ってトランシーバの視野をスキャンする（例えば、ローカル領域の２Ｄスキャンを行う）コリメートされた送信信号を生成する。光を異なるコヒーレントピクセルにスイッチングすることによって、ＬｉＤＡＲチップ１０６は、コリメートされたレーザービーム１０８を異なる角度で放出または受信し、単一チャンネルまたは複数チャンネルについての離散ソリッドステートスキャニングおよび同軸光学センシング（Ｃｏ－ａｘｉａｌ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｅｎｓｉｎｇ）を並列に可能にすることに留意されたい。
図２は、１つ以上の実施形態によるオンチップモニタリングアセンブリ１１０の基本構造および信号フローを示す。オンチップモニタリングアセンブリ１１０は、光スイッチネットワーク１０３の出力から放出されるコヒーレント光をモニタリングする。オンチップモニタリングアセンブリ１１０は、１つ以上のモニタリング回路２００を含む。モニタリング回路２００は、例えば、光カプラー２０２、モニタリング光検出器（ＰＤ）２０３、および出力導波管２０４ａ、２０４ｂを含み得る。光スイッチネットワークは、複数の出力ポートを有する。光スイッチネットワーク１０３は、出力ポートの間でＦＭＣＷソースからの光をスイッチングするように構成される。そして、各出力ポートは、それぞれの出力導波管（例えば、出力導波管２０１）に結合される。さらに、出力導波管２０１のうち、一部は、光スイッチ内の内部ルーティング導波管（Ｉｎｔｅｒｎａｌ Ｒｏｕｔｉｎｇ Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ）であり得る。モニタリングアセンブリ１１０は、複数の出力導波管に提供されるコヒーレント光の一部をタップ（Ｔａｐ）し、当該光の一部を複数の光検出器に提供するように構成される複数の光カプラーを含む。一部の実施形態において、各光カプラーは、複数の光検出器のうち、光カプラーがコヒーレント光のタップした部分を提供する異なる対応する光検出器を有する。例えば、光カプラー２０２は、光スイッチネットワーク１０３の出力ポートにある出力導波管２０１からの光パワー（すなわち、コヒーレント光）をタップし、タップした光パワー（すなわち、出力ポートから出力されたコヒーレント光の一部）を出力導波管２０４ａを介してモニタリングＰＤ２０３に提供する。光パワーは、モニタリングＰＤ２０３を介して電気信号に変換される。光カプラー２０２は、出力導波管２０４ｂを介して残りの光パワーを出力する。出力導波管２０４ｂは、ＦＭＣＷ ＬｉＤＡＲトランシーバチャンネル１０１内の次のステージ（例えば、コヒーレントピクセル）に光を提供する。
１つ以上のモニタリング回路２００からの電気信号は、その後、受信機２０６を介して処理される。受信機は、例えば、増幅器、積分器（Ｉｎｔｅｇｒａｔｏｒ）、スイッチなどを含み得る。受信機２０６から出力されるデータは、アナログ－デジタル変換器（ＡＤＣ、Ａｎａｌｏｇ ｔｏ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）２０７によって量子化される。ＡＤＣ２０７の出力は、その後、コントローラ２０８で処理される。コントローラ２０７は、例えば、制御回路、コンピュータプロセッサ、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ－Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）、デジタル信号プロセッサ、マイクロコントローラ、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）、またはこれらの一部の組み合わせを含み得る。図示のように、受信機２０６、ＡＤＣ２０７、コントローラ２０８、およびスイッチドライバ２０９は、ＬｉＤＡＲチップ１０６から分離されている。他の実施形態において、受信機２０６、ＡＤＣ２０７、コントローラ２０８、およびスイッチドライバ２０９の一部または全部は、ＬｉＤＡＲチップ１０６に統合され得る。さらに、単一の受信機２０６および単一のＡＤＣ２０７が示されているが、一部の実施形態において、複数の受信機２０６および対応する複数のＡＤＣが存在し得る。例えば、各モニタリング回路について別の受信機２０６および別の対応するＡＤＣ２０７が存在し得る。
閉ループキャリブレーションおよび／または制御は、モニタリング回路の出力に基づいて光スイッチネットワーク１０３についてのスイッチドライバ２０９の駆動強度を調整することによって行われる。光スイッチネットワーク１０３のキャリブレーションは、最小パワーを用いて光が１つ以上のターゲットＣＰｓに伝達されることを保証し、非ターゲット（Ｎｏｎ－Ｔａｒｇｅｔ）ＣＰｓに伝達される光を軽減させる。光スイッチネットワーク１０３のキャリブレーションは、ソリッドステートＦＭＣＷ ＬｉＤＡＲシステム内で発生し、外部機器は、必要ではないことに留意されたい。大規模またはマルチチャンネルスイッチ可能なコヒーレントピクセルアレイの場合、数百個のコヒーレントピクセル、数百個のスイッチポート、したがって、数百個のモニタリングＰＤが存在する可能性がある。したがって、場合によっては、電気的Ｉ／Ｏ制約により、個々の電気的Ｉ／Ｏパッド（Ｐａｄ）／トレース（Ｔｒａｃｅ）をそれぞれのモニタリングＰＤに割り当てることが非現実的であり得る。
図３は、１つ以上の実施形態による減少した数の入出力（Ｉ／Ｏ）を有するマルチチャンネルスイッチ可能なコヒーレントピクセルアレイにおけるモニタリング光検出器の線形アレイのついてのクロスバー読み取り方式の図である。クロスバータイプの連結方式は、任意のモニタリングＰＤ２０３の信号を読み取るとともに、モニタリング回路に必要な電気的Ｉ／Ｏの数を大幅に減らすことができる。図３において、ＦＰＡシステムは、ＬｉＤＡＲチップ１０６を含み、ＬｉＤＡＲチップ１０６は、多重のＬｉＤＡＲトランシーバチャンネル１０１を含む。ＬｉＤＡＲトランシーバチャンネル１０１は、また、より大きなスイッチネットワーク内のサブブロックであり得る。ＬｉＤＡＲチップは、ｎ個のチャンネルとＮ個の行（Ｒｏｗ）のモニタリング回路（および対応するコヒーレントピクセル）を含む（このとき、ｎおよびＮは、整数）。したがって、各モニタリングＰＤは、チャンネルおよび行を用いて識別されることができる。このように、それぞれのモニタリングアセンブリの各光検出器は、１からＮまでの範囲の対応する行値および１からｎまでの範囲の対応するチャンネル値を有する。例えば、チャンネル「ｋ」および行「ｊ」についてのモニタリングＰＤは、「ＰＤ＿ｋ＿ｊ」のようにラベル付けされる。
クロスバータイプの連結方式は、モニタリングＰＤの極性に独立的である。この例において、同じ行番号を有するモニタリングＰＤの陰極（Ｃａｔｈｏｄｅ）は、対応する信号グループ（ノードとも呼ばれる）を形成するために連結され、同じチャンネル値を有するモニタリングＰＤの陽極（Ａｎｏｄｅ）は、対応するバイアスグループを形成するために連結される。例えば、図示のように、ｎ個のチャンネルが存在し、行Ｎに関連する陰極は、対応する信号グループ３０３を形成するために連結される。したがって、Ｎ個の信号グループが存在する。同様に、同じチャンネル値を有するモニタリングＰＤの陽極は、対応する信号グループ（ノードとも呼ばれる）を形成するために連結され、これに応じてｎ個の信号グループが存在する。例えば、図示のように、チャンネル１のモニタリングＰＤの陽極は、対応する信号グループ３０２を形成するために連結される。
１つまたは２つのアナログマルチプレクサ（ＭＵＸ）（例えば、ＭＵＸ３０４またはＭＵＸ３０６）で対応するピクセルおよび行番号を選択することによって、任意のモニタリングＰＤが読み取りのために選択され得る。ＭＵＸ３０４および／またはＭＵＸ３０６は、コントローラ２０８によって制御できる。例えば、コントローラ２０８は、１つ以上のモニタリングＰＤを読み取るようにＭＵＸ３０４および／またはＭＵＸ３０６を構成し得る。ＭＵＸ３０４、３０６（例えば、スイッチ）は、同じＬｉＤＡＲチップ１０６上またはＬｉＤＡＲチップ１０６の外部に実装できる。例えば、ＭＵＸ３０６の出力は、モニタリングＰＤに対する逆バイアス（Ｒｅｖｅｒｓｅ Ｂｉａｓ）を提供するために一定のバイアス電圧３０７に連結され得、信号グループ（例えば、信号グループ３０２）は、電流信号を出力するために用いられ得る。ＰＤ＿ｋ＿ｊからの電流を読み出すために、ＦＰＡシステムは、スイッチ「ｊ」を除くすべてのスイッチを開放し、ｋ番目のモニタリングＰＤ出力の信号を処理できる。この例において、ＭＵＸ３０６のスイッチ３がオンであり、残りのスイッチがオフである場合、各チャンネルで３番目のモニタリングＰＤのみが活性化される。モニタリングＰＤ出力は、受信チャンネルの数を減らすためにＭＵＸ３０４を用いて追加的に多重化できる。この方式は、個々の電気的Ｉ／Ｏトレース／パッドを各モニタリングＰＤに割り当てることなく、全体スイッチネットワークのすべてのポートで独立した光パワーモニタリングを可能にする。他の活性化チャンネルから選択されていないモニタリングＰＤからの漏れ電流を避けるために、モニタリングおよびキャリブレーションプロセス中に１つのチャンネルを活性化状態に維持することが好ましく、これは、どんなモニタリングＰＤも選択されていない他のチャンネルについてのレーザーソースまたはレーザー増幅器をオフにすることによって達成することができる。このような方式のためのモニタリングおよびキャリブレーションプロセスは、パワーオン（Ｐｏｗｅｒ Ｏｎ）またはフレーム転換中に発生し得る。
図４ａおよび図４ｂは、クロスバー読み取り方式の限界を克服するモニタリング光検出器についての階層的読み取り方式を示す。図４ａは、１つ以上の実施形態による減少した数のＩ／Ｏを有する単一チャンネルスイッチ可能なコヒーレントピクセルアレイのモニタリング光検出器ついての階層的読み取り方式の図である。図４ａにおいて、光スイッチネットワークは、二分木の形である。図４ａにおいて、複数のレベルを有する二分木を形成するために複数の光スイッチセル（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｗｉｔｃｈ Ｃｅｌｌ）、複数の光カプラーおよび複数の光検出器が配置される。この例において、１－ｔｏ－８スイッチツリーは、単一の入力を取り、これを１×２光スイッチセル４０２の３つのステージを介して８つのコヒーレントピクセルＰ０～Ｐ７のうち、１つにルーティングする。各光スイッチセルは、光パワーを入力導波管から２つの出力導波管のうち、１つにステアリングすることができる。この方式においては、各スイッチセルの両方の出力ポートに光カプラー４０３およびモニタリングＰＤ４０４があり、パワーの流れをモニタリングし、階層的方式にスイッチツリーをキャリブレートする。１－ｔｏ－８スイッチの場合、合計１４個のモニタリングＰＤがある。
電気的Ｉ／Ｏの数を減らすために、ＰＤバイアス４０６およびＰＤ出力信号は、一緒に連結できる。二分木内の各レベルについて、奇数インデックスを有するモニタリングＰＤの出力は、第１信号を形成するために一緒に連結され、偶数インデックスを有するモニタリングＰＤの出力は、第２信号を形成するために一緒に連結できる。１４個の階層的モニタリングＰＤを有する１－ｔｏ－８スイッチの場合、光パワーモニタリングのための電気的Ｉ／Ｏおよび対応する受信機４０５の総個数が１４個から６つに減少される。より一般的には、１－ｔｏ－２Ｎスイッチの場合、モニタリングＩ／Ｏおよび受信機の数が２Ｎ＋１個から２Ｎ個に減少し、これは、Ｎが増加するにつれてより顕著になる。
一例として、すべての光がコヒーレントピクセルＰ２に向けられるようにスイッチ設定をキャリブレートするために、コントローラ２０８は、受信機Ｌ０およびＨ０からモニタリング信号を読み取り、Ｌ０読み取りを最大化し、Ｈ０読み取りを最小化するＳＷ０についての制御信号を最適化することから始める。その後、コントローラ（例えば、コントローラ２０８）は、次のステージに移動し、Ｈ１を最大化し、Ｌ１を最小化するＳＷ１＿０についての制御信号を最適化する。最後のステージＳＷ２＿１について、コントローラは、Ｌ２を最大化し、Ｈ２を最小化しようとする。この階層的キャリブレーションプロセスは、選択されていない光検出器からの漏れおよびクロストークを最小化する。また、ＦＭＣＷ ＬｉＤＡＲのために低雑音および高速動作を必要とする敏感なコヒーレントピクセルセルから電気的に分離される。これは、コヒーレントピクセルに影響を与えたり、ＬｉＤＡＲの正常動作を妨げることなく、現場キャリブレーションおよびリアルタイム閉ループ制御を可能にする。
図４ｂは、１つ以上の実施形態による減少した数のＩ／Ｏを有するマルチチャンネルスイッチ可能なコヒーレントピクセルアレイのモニタリング光検出器ついての階層的読み取り方式の図である。図４ｂは、図４ａの方式を単一チャンネルからマルチチャンネルに拡張する方法を示す。図４ｂにおいて、ＬｉＤＡＲチップは、ｎ個のチャンネル（この場合は、ｎ＝４であるが、他の実施形態では他の値を有し得る）を含み、各チャンネルは、それぞれの光スイッチネットワーク、それぞれのＳＣＰＡおよびそれぞれのモニタリングアセンブリを含む。各チャンネルは、複数のレベルを有する二分木を形成するために配置された複数の光スイッチセル、複数の光カプラーおよび複数の光検出器を含む。図４ｂにおいて、各レベルにおける偶数または奇数モニタリングＰＤの出力信号は、異なるチャンネルにわたってＬｉＤＡＲチップ１０６でともに結合される。任意の瞬間に同じピクセルが活性化される限り、すべてのチャンネルについて同じキャリブレーションおよび閉ループ制御がコントローラ（例えば、コントローラ２０８）によって同時に行われ得る。
図５ａは、１つ以上の実施形態によるダイレクトレーザードライバ（Ｄｉｒｅｃｔ Ｌａｓｅｒ Ｄｒｉｖｅｒ）についての後処理フィードバックを有するハイブリッド結合干渉計の図である。レーザードライバ５１２の周期波（Ｐｅｒｉｏｄｉｃ Ｗａｖｅ）（電圧または電流）の波形は、レーザー５０６を駆動するために用いられる。一般的に、レーザー５０６の出力は、それぞれ上向き（Ｕｐ）および下向き（Ｄｏｗｎ）チャープ（Ｃｈｉｒｐ）と呼ばれるレーザー周波数の上向きおよび下向きスイープのシーケンスである。これらのレーザーチャープのシーケンスは、ＦＭＣＷプロービング（Ｐｒｏｂｉｎｇ）および後述する周波数決定プロセスの両方に用いられる。スプリッタ５００は、一部のレーザーパワーをＬｉＤＡＲトランシーバ５０５に転換させ、チャープされたレーザーがＦＭＣＷセンサでプロービングフィールド（Ｐｒｏｂｉｎｇ Ｆｉｅｌｄ）として用いられるようにする。ＬｉＤＡＲトランシーバ５０５は、各モニタリングアセンブリ１１０を含む１つ以上のＦＭＣＷ ＬｉＤＡＲトランシーバチャンネル１０１を含み得る。このように、本明細書に示されるダイレクトレーザードライバについての後処理フィードバックを有するハイブリッド結合干渉計は、また、図１、図２、図３、図４ａ、図４ｂに示される特徴またはこれらの一部の組み合わせと結合され得る。一部の実施形態において、ＬｉＤＡＲトランシーバ５０５は、モニタリングアセンブリ１１０を含まないことがある。スプリッタ５００は、波形に応じてチャープされたコヒーレント光を第１部分および第２部分に分離するように構成される。干渉計５５０は、コヒーレント光の第１部分を用いてＩ信号およびＱ信号を生成するように構成される。スプリッタ５００は、また、干渉計５５０の他のスプリッタ５０１に一部パワーを転換させる。スプリッタ５０１は、一方が遅延アーム（Ｄｅｌａｙ Ａｒｍ）５０２である２つのアームの間にパワーを分配することができる。２つのアームが光ハイブリッド結合器５０３で結合されるときにビート（Ｂｅａｔ）信号が生成されるように、遅延アーム５０２は、他のアームに対して遅延される。光ハイブリッド結合器５０３は、０度シフトされた光信号、９０度シフトされた光信号、１８０度シフトされた光信号、および２７０度シフトされた光信号を生成するために互いについて光学的に位相シフトされるように構成される４つの出力を有する。０度シフトされた信号および１８０度シフトされた信号は、「Ｉ－チャンネル」信号を生成する平衡光検出器（Ｂａｌａｎｃｅｄ Ｐｈｏｔｏｄｅｔｅｃｔｏｒ）５０４で測定され、９０度シフトされた信号および２７０度シフトされた信号は、「Ｑ－チャンネル」信号を生成する他の平衡光検出器で測定される。ＩチャンネルおよびＱチャンネル信号は、互いに９０度位相シフトされる。各チャンネルは、受信機回路５０９によってバッファ（Ｂｕｆｆｅｒ）および増幅され、ＡＤＣ５１０によってサンプリングされる。サンプリングされたＩおよびＱ信号は、コントローラ５１１によって用いられる。コントローラ５１１は、コントローラ２０８の一実施形態であり得る。結果として測定されたレーザー周波数は、レーザー周波数の線形偏差を補償するための新しい波形を生成するためにコントローラ５１１によって用いられる。波形は、コントローラ５１１によって生成され、レーザードライバ５１０を駆動するために用いられる。干渉計温度偏差は、遅延アーム５０２の実効屈折率（Ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ Ｉｎｄｅｘ）偏差を引き起こす可能性があるため、コントローラ５１１によって行われる計算でこの偏差を補償するために温度センサ５０７が用いられ得る。
図５ｂは、１つ以上の実施形態による変調器ドライバについての後処理フィードバックを有するハイブリッド結合干渉計の図である。図５ｂは、レーザーチャープがシードレーザー（Ｓｅｅｄ Ｌａｓｅｒ）５０６およびレーザー変調器５１４を用いて生成されるということを除いて、図５ｂと実質的に同様である。レーザー変調器５１４は、Ｉ／Ｑ変調のためのデュアルマッハツェンダ変調器（Ｄｕａｌ Ｍａｃｈ Ｚｅｈｎｄｅｒ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）のような位相変調器または強度変調器（Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）であり得る。レーザー変調器５１４は、変調器ドライバ５１３からの電圧または電流信号によって駆動される。レーザー変調器５１４の出力から生成されたチャープは、スプリッタ５００を介して送信される。点線５１５の内部のコンポーネントは、図５ａの５１５の内部のコンポーネントと同じブロックであり得る。図５ａと同じ方法でコントローラ５１１は、レーザー変調器５１４の出力における線形レーザー周波数チャープからの偏差を補償する変調器ドライバ５１３への入力として用いられる制御信号を生成する。
図６は、１つ以上の実施形態によるレーザー波形生成およびＦＭＣＷキャリブレーションのためのプロセスを示す。キャリブレーションプロセスは、レーザーの上向きおよび下向きチャープから非線形性を低減および除去できる。図６に示されるプロセスは、ソリッドステートＦＭＣＷ ＬｉＤＡＲシステムのコントローラによって行われ得る。他の実施形態において、他の個体（Ｅｎｔｉｔｙ）が図６のステップの一部または全部を行われ得る。実施形態は、異なるおよび／または追加のステップを含むか、または異なる順序でステップを行われ得る。
ソリッドステートＦＭＣＷ ＬｉＤＡＲシステムは、駆動波形をロードする６０５。例えば、ソリッドステートＦＭＣＷ ＬｉＤＡＲシステムのＬｉＤＡＲプロセッシングエンジンのマイクロコンピュータは、駆動波形をロードすることができる。駆動波形は、一般的な駆動波形であってもよく、以前に記憶された駆動波形であってもよい。
ソリッドステートＦＭＣＷ ＬｉＤＡＲシステムは、ロードされた駆動波形を用いてレーザーソースを周波数変調する６１０。変調された光は、１つ以上のレーザーチャープを形成する。周波数変調は、ＬｉＤＡＲプロセッシングエンジンの指示に従ってＫ－チャンネルレーザーアレイを変調するレーザーコントローラによって行われ得る。
ソリッドステートＦＭＣＷ ＬｉＤＡＲシステムは、ＩおよびＱ信号を形成するために１つ以上のレーザーチャープを測定する６１５。例えば、ソリッドステートＦＭＣＷ ＬｉＤＡＲシステムは、例えば、図５ａおよび図５ｂに関連して示され、前述のように、Ｉ／Ｑ信号を生成するために光ハイブリッド光検出器を用いて１つ以上のレーザーチャープを測定できる。
ソリッドステートＦＭＣＷ ＬｉＤＡＲシステムは、ＩおよびＱ信号を処理する６２０。例えば、ソリッドステートＦＭＣＷ ＬｉＤＡＲシステムは、ＩおよびＱ信号をフィルタリングおよび／またはサンプリングすることができる。ソリッドステートＦＭＣＷ ＬｉＤＡＲシステムは、ＬｉＤＡＲプロセッシングエンジンを用いてＩおよびＱ信号を処理することができる。
ソリッドステートＦＭＣＷ ＬｉＤＡＲシステムは、処理されたＩおよびＱ信号の位相を決定する６２５。ソリッドステートＦＭＣＷ ＬｉＤＡＲシステムは、処理されたＩおよびＱ信号の位相をＬｉＤＡＲプロセッシングエンジンを用いて決定し得る。位相は、例えば、処理されたＩおよびＱ信号の商のアークタンジェント（Ａｒｃ－Ｔａｎｇｅｎｔ）を計算することによって決定され得る。これは、Ｑチャンネルに虚数ｉを掛けて修正されたＱチャンネルにＩチャンネルを加えることによって生成された信号の位相角を測定することと同じである。
ソリッドステートＦＭＣＷ ＬｉＤＡＲシステムは、位相を用いてレーザーの瞬時周波数を決定する６３０。レーザーの瞬時周波数は、例えば、以前のステップで計算された位相を遅延アーム（例えば、遅延アーム５０２）の光路時間遅延で割ることによって決定され得る。
ソリッドステートＦＭＣＷ ＬｉＤＡＲシステムは、修正された出力ビームを生成するために瞬時周波数に部分的に基づいてレーザーソースの駆動波形を制御する６３５。ソリッドステートＦＭＣＷ ＬｉＤＡＲシステムは、異なる時間インスタンス（Ｔｉｍｅ Ｉｎｓｔａｎｃｅ）でレーザーの瞬時周波数内の偏差の強度をモニタリングする。ソリッドステートＦＭＣＷ ＬｉＤＡＲシステムは、より遅いか、またはより速いチャープ率（Ｃｈｉｒｐ Ｒａｔｅ）を補償するために、偏差の強度に基づいて駆動波形を調整する（例えば、駆動波形の形状を調整する）。このような調整は、予めロードされたレーザーモデルをアップデートし、分析ソリューションを通じて駆動波形を調整することによって一度に行われるか、または勾配降下最適化（Ｇｒａｄｉｅｎｔ Ｄｅｓｃｅｎｔ Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ）アルゴリズムを通じてパラメータ化（Ｐａｒａｍｅｔｅｒｉｚｅｄ）された駆動波形を調整することによって繰り返し行われ得る。制御された駆動波形は、その後、修正された出力ビームを生成するためにレーザーソースに再び適用される。ステップ６１５～６３５は、反復的であり得、キャリブレーションの実行において１回以上ループ（Ｌｏｏｐ）されることができることに留意されたい。
ソリッドステートＦＭＣＷ ＬｉＤＡＲシステムは、修正された出力ビームを用いてＦＭＣＷ測定を収集する６４０。ソリッドステートＦＭＣＷ ＬｉＤＡＲシステムは、修正された出力ビームを（例えば、ＦＰＡシステムを介して）ローカル領域にわたってスキャンし、ＦＭＣＷ測定を生成するためにローカル領域内の１つ以上のオブジェクトからの修正された出力ビームの反射を測定する。
ソリッドステートＦＭＣＷ ＬｉＤＡＲシステムは、ＦＭＣＷ測定を用いて距離および／または速度データを決定する６４５。ソリッドステートＦＭＣＷ ＬｉＤＡＲシステムは、レーザーの予想チャープ率に基づくＦＭＣＷ測定を用いて距離および速度データを推定する。線形からの残留偏差（Ｒｅｓｉｄｕａｌ Ｄｅｖｉａｔｉｏｎ）が依然として存在する場合、これらは、同じプロセス６０５～６３０によって測定され、距離および／または速度データ計算を調整するために用いられる。このプロセスは、より正確なポイントクラウドに帰結する。
図７は、１つ以上の実施形態によるＦＰＡシステム７０５を含むソリッドステートＬｉＤＡＲシステムを示す。ＦＰＡシステム７０５は、相互型システム（Ｒｅｃｉｐｒｏｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ）であり得る。ＦＰＡシステム７０５は、レンズシステム７０２およびＬｉＤＡＲチップ１０６を含む。ＬｉＤＡＲチップ１０６およびＦＰＡシステム７０５は、図１～図６に関連して前述したコンポーネントの一部または全部および／または機能の一部または全部を含む。ＬｉＤＡＲチップ１０６内のＣＰｓは、ＦＰＡドライバ７１０によって制御される（例えば、ＦＭＣＷトランシーバチャンネル１０１の）１つ以上のＳＣＰＡ１０１の一部である。ＬｉＤＡＲチップ１０６内の１つ以上の個々のＣＰｓは、光を放出および受信するように活性化できる。ＬｉＤＡＲチップ１０６によって放出される光は、Ｋ－チャンネルレーザーアレイ７１５によって生成される。Ｋ－チャンネルレーザーアレイ７１５は、Ｋ個（Ｋは、整数）の並列チャンネルを有するレーザーアレイである。Ｋ－チャンネルレーザーアレイ７１５は、ＬｉＤＡＲチップ１０６と直接統合されるか、またはＬｉＤＡＲチップ１０６とともにパッケージ化された別のモジュールであり得る。Ｋ－チャンネルレーザーアレイ７１５は、レーザーコントローラ７２０によって制御される。一部の実施形態において、Ｋ－チャンネルレーザーアレイ７１５は、波長の範囲にわたって調整可能である。
レーザーコントローラ７２０は、デジタル－アナログコンバータ７３０を介してＬｉＤＡＲプロセッシングエンジン７２５から制御信号を受信する。また、処理は、ＦＰＡドライバ７１０を制御し、ＬｉＤＡＲチップ１０６からデータを送受信する。
ＬｉＤＡＲプロセッシングエンジン７２５は、マイクロコンピュータ７３５を含む。マイクロコンピュータ７３５は、ＦＰＡシステムからのデータを処理し、ＦＰＡドライバ７１０およびレーザーコントローラ７２０を介してＦＰＡシステムに制御信号を送信する。マイクロコンピュータ７３５は、コントローラ２０８および／またはコントローラ５１１を含み得ることに留意されたい。ＬｉＤＡＲプロセッシングエンジン７２５は、また、Ｎチャンネル受信機７４０を含む。信号は、Ｎチャンネル受信機７４０によって受信され、信号は、ＭチャンネルＡＤＣ７４５のセットを用いてデジタル化される。
ＬｉＤＡＲチップ１０６は、ソリッドステートＬｉＤＡＲシステムから放出される光を１つ以上の角度次元でステアリングできることに留意されたい。一部の実施形態において、ＬｉＤＡＲチップ１０６は、第１角度次元（例えば、高度）についてのみビームをステアリングするように構成される。ＦＰＡシステム７０５は、光ビームを（例えば、第１角度次元に直交する）第２次元（例えば、方位角）でステアリングできる１つ以上のスキャンミラー（図示せず）を含み得る。スキャンミラーは、レンズシステム７０５から光を受信し、受信した光を（ＬｉＤＡＲチップ１０６によって制御される）第１角度次元および（１つ以上のスキャンミラーによって制御される）第２角度次元によって決定された特定の角度視野に沿ってターゲット領域に指向させる。１つ以上のスキャンミラーを用いる前述の例は、第１角度次元についてのみスキャンするように構成されたＬｉＤＡＲチップ１０６に関連することに留意されたい。しかし、一部の実施形態において、１つ以上のスキャンミラーは、複数の角度次元（例えば、方位角および高度）でスキャンするように構成されたＬｉＤＡＲチップ１０６とともに用いられ得る。例えば、光アンテナの２次元配列（例えば、四角形格子）を用いて複数の光アンテナからの信号を１つ以上のスキャンミラーの視野内の２つの次元でスキャンすることができる。
追加構成情報
図面および前述の説明は、単に例示として好ましい実施形態に関する。前述のように、本明細書に開示された構造および方法の代替的な実施形態は、請求項の原理から逸脱することなく採用できる実行可能な代替案として容易に認識されることに留意されたい。
詳細な説明は、多数の詳細を含むが、これらは本発明の範囲を限定するものと解釈されるべきではなく、単に異なる例を例示するものと解釈されるべきである。本開示内容の範囲は、前記で詳細に説明していない他の実施形態を含むことを理解するべきである。本明細書に開示された方法および装置の配列、動作および詳細について、添付の特許請求の範囲で定義された思想および範囲から逸脱することなく、通常の技術を有する者に自明である様々な他の変形、変化および変更が行われ得る。したがって、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲およびその法的均等物によって決定されるべきである。
代替実施形態は、コンピュータハードウェア、ファームウェア、ソフトウェアおよび／またはこれらの組み合わせで実装される。実装例は、プログラマブルプロセッサによる実行のために機械読み取り可能な格納装置に実質的に具体化されたコンピュータプログラム製品として実装でき、方法ステップは、入力データについて動作して出力を生成することにより機能を行うために命令語プログラムを実行するプログラマブルプロセッサによって行われ得る。実施形態は、有利には、データ格納システム、少なくとも１つの入力装置および少なくとも１つの出力装置からデータおよび命令語を受信し、これからデータおよび命令語を送信するように結合された少なくとも１つのプログラマブルプロセッサを含むプログラマブルシステムで実行可能な１つ以上のコンピュータプログラムで実装できる。それぞれのコンピュータプログラムは、高度な手続き的またはオブジェクト指向のプログラミング言語または必要に応じてアセンブリまたは機械語で実装でき、任意の場合、言語は、コンパイルまたはインタープリトされた言語であり得る。適切なプロセッサは、例として、汎用および特殊目的のマイクロプロセッサを含む。一般的に、プロセッサは、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）および／またはランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）から命令語およびデータを受信する。一般的に、コンピュータは、データファイルを格納するための１つ以上の大容量の格納装置を含み、このような装置は、内部ハードディスクおよびリムーバブルディスクなどの磁気ディスク、光磁気ディスク、および光ディスクを含む。コンピュータプログラム命令語およびデータを実質的に実装するのに適切な格納装置は、例として、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭおよびフラッシュメモリ装置などの半導体メモリ装置、内部ハードディスクおよびリムーバブルディスクなどの磁気ディスク、光磁気ディスク、およびＣＤ－ＲＯＭディスクを含むあらゆる形態の不揮発性メモリを含む。前述のすべては、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ、Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ－Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）および他の形態のハードウェアによって補完されるか、またはこれに統合され得る。

Claims (20)

  1. ソリッドステート（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ）周波数変調連続波（ＦＭＣＷ、Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｍｏｄｕｌａｔｅｄ Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｗａｖｅ）ＬｉＤＡＲ（Ｌｉｇｈｔ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｒａｎｇｉｎｇ）システムのＬｉＤＡＲチップとして、
    前記ＬｉＤＡＲチップ上の光スイッチネットワーク（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｗｉｔｃｈ Ｎｅｔｗｏｒｋ）－前記光スイッチネットワークは、複数の出力導波管のうち、１つ以上にコヒーレント光（Ｃｏｈｅｒｅｎｔ Ｌｉｇｈｔ）を選択的に提供するように構成される－と、
    前記ＬｉＤＡＲチップ上のスイッチ可能なコヒーレントピクセルアレイ（ＳＣＰＡ、Ｓｗｉｔｃｈａｂｌｅ Ｃｏｈｅｒｅｎｔ Ｐｉｘｅｌ Ａｒｒａｙ）－前記ＳＣＰＡは、コヒーレントピクセル（ＣＰｓ、Ｃｏｈｅｒｅｎｔ Ｐｉｘｅｌｓ）を含み、前記各ＣＰｓは、前記複数の出力導波管のうち、対応する出力導波管によって提供されるコヒーレント光を放出するように構成される－と、
    前記ＬｉＤＡＲチップ上のモニタリングアセンブリ（Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ Ａｓｓｅｍｂｌｙ）－前記モニタリングアセンブリは、複数の光検出器（Ｐｈｏｔｏｄｅｔｅｃｔｏｒ）を含み、前記複数の光検出器のそれぞれは、前記複数の出力導波管のうち、対応する出力導波管から検出された光のレベルに応答して出力信号を生成するように構成される－と、を含み、
    前記光スイッチネットワークは、前記モニタリングアセンブリの出力信号に基づいて前記光スイッチネットワークについてのスイッチドライバの駆動強度（Ｄｒｉｖｅ Ｓｔｒｅｎｇｔｈ）を調整することによってキャリブレート（Ｃａｌｉｂｒａｔｅ）されるＬｉＤＡＲチップ。
  2. 前記モニタリングアセンブリは、前記複数の出力導波管に提供される前記コヒーレント光の一部をタップし、前記光の一部を前記複数の光検出器に提供するように構成された複数の光カプラーを含む請求項１に記載のＬｉＤＡＲチップ。
  3. 前記光カプラーのそれぞれは、前記光カプラーが前記コヒーレント光のタップした部分を提供する前記複数の光検出器のうち、異なる対応する光検出器を有する請求項２に記載のＬｉＤＡＲチップ。
  4. 前記ＬｉＤＡＲチップは、ｎ個のチャンネルを含み、各チャンネルは、それぞれの光スイッチネットワーク、Ｎ個のＣＰｓを含むそれぞれのＳＣＰＡ、およびそれぞれのモニタリングアセンブリを含み、
    前記光スイッチネットワーク、前記ＳＣＰＡ、前記モニタリングアセンブリは、第１チャンネルの一部であり、ｎおよびＮは、整数であり、
    前記各モニタリングアセンブリの各光検出器は、１からＮまでの範囲の対応する行（Ｒｏｗ）値および１からｎまでの範囲の対応するチャンネル値を有する請求項１に記載のＬｉＤＡＲチップ。
  5. ｎ個の第１ノードが存在するように、同じチャンネル値を有する光検出器の第１電極がそれぞれの第１ノードを形成するために一緒に結合される請求項４に記載のＬｉＤＡＲチップ。
  6. Ｎ個の第２ノードが存在するように、同じ行値および異なるチャンネル値を有する光検出器の第２電極がそれぞれの第２ノードを形成するために一緒に結合される請求項５に記載のＬｉＤＡＲチップ。
  7. 前記第１電極は、陽極（Ａｎｏｄｅ）であり、前記第２電極は、陰極（Ｃａｔｈｏｄｅ）である請求項６に記載のＬｉＤＡＲチップ。
  8. 前記ｎ個の第１ノードは、第１スイッチに電気的に結合され、前記Ｎ個の第２ノードは、第２スイッチに電気的に結合され、前記第１スイッチおよび前記第２スイッチは、任意のモニタリングアセンブリの任意の光検出器を選択的に読み取るように構成される請求項６に記載のＬｉＤＡＲチップ。
  9. 複数の光スイッチセル（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｗｉｔｃｈ Ｃｅｌｌ）をさらに含み、前記複数の光スイッチセル、前記複数の光カプラーおよび前記複数の光検出器は、複数のレベルを有する二分木（Ｂｉｎａｒｙ Ｔｒｅｅ）を形成するように配置される請求項３に記載のＬｉＤＡＲチップ。
  10. 前記複数のレベルのうち、第１レベルについて、
    奇数インデックスを有する光検出器の出力は、第１受信機に結合された第１ノードを形成するために一緒に連結され、
    偶数インデックスを有する光検出器の出力は、第２受信機に結合された第２ノードを形成するために一緒に連結され、
    前記複数のレベルのうち、第２レベルについて、
    奇数インデックスを有する光検出器の出力は、第３受信機に結合された第３ノードを形成するために一緒に連結され、
    偶数インデックスを有する光検出器の出力は、第４受信機に結合された第４ノードを形成するために一緒に連結される請求項９に記載のＬｉＤＡＲチップ。
  11. 前記ＬｉＤＡＲチップは、ｎ個のチャンネルを含み、各チャンネルは、それぞれの光スイッチネットワーク、それぞれのＳＣＰＡ、およびそれぞれのモニタリングアセンブリを含み、
    前記光スイッチネットワーク、前記ＳＣＰＡ、前記モニタリングアセンブリは、第１チャンネルの一部であり、ｎは、整数であり、
    各チャンネルは、複数のレベルを有する二分木を形成するように配置される複数の光スイッチセル、複数の光カプラー、および複数の光検出器を含み、
    前記ｎ個のチャンネルのそれぞれについて、
    前記複数のレベルのうち、同じレベルにおいて、奇数インデックスを有する光検出器の出力は、前記第１受信機に連結され、偶数インデックスを有する光検出器の出力は、前記第２受信機に連結される請求項１０に記載のＬｉＤＡＲチップ。
  12. 前記ＬｉＤＡＲチップ上の第１スプリッタ（Ｓｐｌｉｔｔｅｒ）－前記第１スプリッタは、コヒーレント光を第１部分と第２部分に分離するように構成され、前記コヒーレント光は、波形に応じてチャープ（Ｃｈｉｒｐ）され、前記コヒーレント光の第２部分は、前記光スイッチネットワークが前記複数の出力導波管のうち、１つ以上に選択的に提供するコヒーレント光である－と、
    前記ＬｉＤＡＲチップ上の干渉計（Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ）－前記干渉計は、前記コヒーレント光の第１部分を用いて信号を生成するように構成される－と、をさらに含み、
    前記波形の形状は、レーザー周波数偏差を補償するためにＩおよびＱ信号に部分的に基づいて制御される請求項１に記載のＬｉＤＡＲチップ。
  13. ソリッドステート（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ）周波数変調連続波（ＦＭＣＷ、Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｍｏｄｕｌａｔｅｄ Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｗａｖｅ）ＬｉＤＡＲ（Ｌｉｇｈｔ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｒａｎｇｉｎｇ）システムのＬｉＤＡＲチップとして、
    前記ＬｉＤＡＲチップ上の第１スプリッタ（Ｓｐｌｉｔｔｅｒ）－前記第１スプリッタは、コヒーレント光（Ｃｏｈｅｒｅｎｔ Ｌｉｇｈｔ）を第１部分および第２部分に分離するように構成され、前記コヒーレント光は、波形に応じてチャープされる－と、
    前記ＬｉＤＡＲチップ上の干渉計（Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ）－前記干渉計は、前記コヒーレント光の第１部分を用いてＩ（Ｉｎ－Ｐｈａｓｅ）信号およびＱ（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ）信号を生成するように構成される－と、
    前記ＬｉＤＡＲチップ上の光スイッチネットワーク（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｗｉｔｃｈ Ｎｅｔｗｏｒｋ）－前記光スイッチネットワークは、複数の出力導波管のうち、１つ以上にコヒーレント光の第２部分を選択的に提供するように構成される－と、
    前記ＬｉＤＡＲチップ上のスイッチ可能なコヒーレントピクセルアレイ（ＳＣＰＡ、Ｓｗｉｔｃｈａｂｌｅ Ｃｏｈｅｒｅｎｔ Ｐｉｘｅｌ Ａｒｒａｙ）－前記ＳＣＰＡは、コヒーレントピクセル（ＣＰｓ、Ｃｏｈｅｒｅｎｔ Ｐｉｘｅｌｓ）を含み、前記各ＣＰｓは、前記複数の出力導波管のうち、対応する出力導波管によって提供されるコヒーレント光を放出するように構成される－と、
    前記ＩおよびＱ信号に部分的に基づいて前記コヒーレント光の周波数偏差を識別し、前記識別された偏差を補償するためのものに部分的に基づいて前記波形の形状を制御するように構成されるコントローラと、を含むＬｉＤＡＲチップ。
  14. 前記干渉計の遅延アーム（Ｄｅｌａｙ Ａｒｍ）の温度をモニタリングするように構成された温度センサをさらに含み、
    前記コントローラは、前記モニタリングされた温度を用いて前記遅延アームの屈折率（Ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ Ｉｎｄｅｘ）で温度誘導偏差（Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｉｎｄｕｃｅｄ Ｄｅｖｉａｔｉｏｎ）を補償する請求項１３に記載のＬｉＤＡＲチップ。
  15. 前記干渉計は、
    前記コヒーレント光の第１部分を第１アームおよび第２アームに分離するように構成される第２スプリッタ－第２アームは、遅延を引き起こす－と、
    前記第１アームおよび前記第２アームから出力される光を受信し、第１出力、第２出力、第３出力、および第４出力にわたって互いについて光学的に位相シフトされた光を出力するように構成される光ハイブリッド結合器（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｈｙｂｒｉｄ Ｃｏｍｂｉｎｅｒ）と、
    前記第１出力および前記第３出力を用いて前記Ｉ信号を生成するように構成される第１平衡光検出器（Ｂａｌａｎｃｅｄ Ｐｈｏｔｏｄｅｔｅｃｔｏｒ）と、
    前記第２出力および前記第４出力を用いて前記Ｑ信号を生成するように構成される第２平衡光検出器と、を含む請求項１３に記載のＬｉＤＡＲチップ。
  16. 前記コヒーレント光は、シードレーザー（Ｓｅｅｄ Ｌａｓｅｒ）およびレーザー変調器（Ｌａｓｅｒ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）を用いて生成され、前記レーザー変調器は、変調器ドライバによって駆動され、前記コントローラは、前記変調器ドライバを制御して波形の形状を制御する請求項１３に記載のＬｉＤＡＲチップ。
  17. 前記ＩおよびＱ信号が処理され、前記コントローラは、
    前記処理されたＩおよびＱ信号の位相を決定し、
    前記ＩおよびＱ信号の位相を用いて前記コヒーレント光の瞬時周波数（Ｉｎｓｔａｎｔａｎｅｏｕｓ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）を決定し、
    前記決定された瞬時周波数を用いて前記コヒーレント光の周波数偏差を識別するように構成される請求項１３に記載のＬｉＤＡＲチップ。
  18. 前記Ｉ信号は、前記処理されたＩ信号の生成のために第１受信機を用いてバッファ（Ｂｕｆｆｅｒ）および増幅された後に、第１アナログ－デジタル変換器（ＡＤＣ、Ａｎａｌｏｇ ｔｏ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）を用いてサンプリングされ、前記Ｑ信号は、前記処理されたＱ信号の生成のために第２受信機を用いてバッファおよび増幅された後に、第２ＡＤＣを用いてサンプリングされる請求項１７に記載のＬｉＤＡＲチップ。
  19. 前記ＬｉＤＡＲチップ上のモニタリングアセンブリ（Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ Ａｓｓｅｍｂｌｙ）－前記モニタリングアセンブリは、それぞれ前記複数の出力導波管のうち、対応する出力導波管から検出された光のレベルに応答して出力信号を生成するように構成される複数の光検出器を含む－をさらに含み、
    前記光スイッチネットワークは、前記モニタリングアセンブリの出力信号に基づいて前記光スイッチネットワークについてのスイッチドライバの駆動強度（Ｄｒｉｖｅ Ｓｔｒｅｎｇｔｈ）を調整することによってキャリブレート（Ｃａｌｉｂｒａｔｅ）される請求項１３に記載のＬｉＤＡＲチップ。
  20. ソリッドステート（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ）周波数変調連続波（ＦＭＣＷ、Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｍｏｄｕｌａｔｅｄ Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｗａｖｅ）ＬｉＤＡＲ（Ｌｉｇｈｔ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｒａｎｇｉｎｇ）システムの焦点平面アレイ（ＦＰＡ、Ｆｏｃａｌ Ｐｌａｎｅ Ａｒｒａｙ）システムとして、
    前記ＬｉＤＡＲチップ上の第１スプリッタ（Ｓｐｌｉｔｔｅｒ）－前記第１スプリッタは、コヒーレント光（Ｃｏｈｅｒｅｎｔ Ｌｉｇｈｔ）を第１部分および第２部分に分離するように構成され、前記コヒーレント光は、波形に応じてチャープされる－と、
    前記ＬｉＤＡＲチップ上の干渉計（Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ）－前記干渉計は、前記コヒーレント光の第１部分を用いてＩ（Ｉｎ－Ｐｈａｓｅ）信号およびＱ（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ）信号を生成するように構成される－と、
    前記ＬｉＤＡＲチップ上の光スイッチネットワーク（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｗｉｔｃｈ Ｎｅｔｗｏｒｋ）－前記光スイッチネットワークは、複数の出力導波管のうち、１つ以上にコヒーレント光の第２部分を選択的に提供するように構成される－と、
    前記ＬｉＤＡＲチップ上のスイッチ可能なコヒーレントピクセルアレイ（ＳＣＰＡ、Ｓｗｉｔｃｈａｂｌｅ Ｃｏｈｅｒｅｎｔ Ｐｉｘｅｌ Ａｒｒａｙ）－前記ＳＣＰＡは、コヒーレントピクセル（ＣＰｓ、Ｃｏｈｅｒｅｎｔ Ｐｉｘｅｌｓ）を含み、前記各ＣＰｓは、前記複数の出力導波管のうち、対応する出力導波管によって提供されるコヒーレント光を放出するように構成される－と、
    前記ＬｉＤＡＲチップ上のモニタリングアセンブリ（Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ Ａｓｓｅｍｂｌｙ）－前記モニタリングアセンブリは、複数の光検出器（Ｐｈｏｔｏｄｅｔｅｃｔｏｒ）を含み、前記複数の光検出器は、それぞれ前記複数の出力導波管のうち、対応する出力導波管から検出された光のレベルに応答して出力信号を生成するように構成される－と、
    前記ＳＣＰＡから放出されるコヒーレント光を１つ以上の光ビーム（Ｌｉｇｈｔ Ｂｅａｍ）として環境（Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ）内に指向させるように配置されるレンズシステム－前記１つ以上の光ビームのそれぞれは、特定の角度で放出され、前記特定の角度は、前記１つ以上の光ビームを形成する前記コヒーレント光を生成した前記ＬｉＤＡＲチップ上の前記ＣＰｓの位置に部分的に基づく－と、
    前記ＩおよびＱ信号に部分的に基づいて前記コヒーレント光の周波数偏差を識別し、前記識別された偏差を補償するためのものに部分的に基づいて前記波形の形状を制御し、前記モニタリングアセンブリの出力信号に基づいて前記光スイッチネットワークをキャリブレート（Ｃａｌｉｂｒａｔｅ）するように構成されるコントローラと、を含むＬｉＤＡＲチップ。
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Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US12066535B2 (en) * 2020-05-16 2024-08-20 Silc Technologies, Inc. Monitoring signal chirp in LIDAR output signals
US11740354B2 (en) * 2020-09-30 2023-08-29 Pony Ai Inc. Methods of linearizing non-linear chirp signals
WO2023049423A1 (en) * 2021-09-26 2023-03-30 Hrl Laboratories, Llc SWITCHED PIXEL ARRAY LiDAR SENSOR AND PHOTONIC INTEGRATED CIRCUIT
US11662444B1 (en) * 2022-07-27 2023-05-30 Aeva, Inc. Techniques for improving SNR in a FMCW LiDAR system using a coherent receiver
WO2024076194A1 (ko) * 2022-10-06 2024-04-11 엘지이노텍 주식회사 광 출력 장치 및 이를 포함하는 3차원 센싱 장치
WO2024142073A1 (en) * 2022-12-27 2024-07-04 Lidwave Ltd. System and method for optical range doppler detection
US20240255618A1 (en) * 2023-02-01 2024-08-01 Silc Technologies, Inc. Scanning multiple lidar system output signals
CN116736265B (zh) * 2023-08-15 2023-11-28 深圳市速腾聚创科技有限公司 光芯片、fmcw激光雷达及可移动设备

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9823118B2 (en) 2015-12-26 2017-11-21 Intel Corporation Low power, high resolution solid state LIDAR circuit
US10261389B2 (en) * 2016-06-22 2019-04-16 Massachusetts Institute Of Technology Methods and systems for optical beam steering
US11422258B2 (en) * 2017-03-16 2022-08-23 Bridger Photonics, Inc. FMCW LiDAR methods and apparatuses including examples having feedback loops
US12099120B2 (en) * 2018-05-10 2024-09-24 Aurora Operations, Inc. LIDAR system based on complementary modulation of multiple lasers and coherent receiver for simultaneous range and velocity measurement
US11536805B2 (en) * 2018-06-25 2022-12-27 Silc Technologies, Inc. Optical switching for tuning direction of LIDAR output signals

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